JP2005160156A - 電動機のステータ構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スロット内でパイプを膨張させることによって巻線を密着させ、熱の伝達効率を向上させることのできる電動機のステータ構造を提供する。
【解決手段】 スロット６内に巻線４を挿入し、スロット６の開口部近傍にパイプ８を挿入して、その後にパイプ８を膨張させてパイプ８と巻線４とを密着させる。これによって、巻線間及び巻線とステータとの間の熱の伝達効率を向上させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動機のステータ構造及びその製造方法に係り、特に巻線に発生する熱をステータに効率よく伝達させる技術に関する。

従来から電動機に用いられるステータでは、通電時に巻線（コイル）で生じるジュール熱を放熱させることが課題となっていた。この熱は通常巻線間に充填されたワニス、絶縁紙、バックヨークの順に経由されて外部の冷却媒体等に伝達されて放熱されていた。ここで、巻線に発生した熱を効率よく伝達して放熱させるためには、スロット内の巻線の隙間をできるだけ少なくして密着させることが必要であった。

このような巻線に発生する熱を放熱させる技術に関する従来例として、特開平６−３８４２２号公報（特許文献１）が開示されている。ここで、この公報で開示されている従来の電動機のステータ巻線構造を図６に基づいて説明する。同図に示すように、従来のステータ巻線構造では、ティース６１の間に形成されたスロットに、絶縁紙６２と巻線６３とを挿入し、巻線６３の飛び出し防止と巻線の密着のために楔６４が圧入されていた。
特開平６−３８４２２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、コイルエンド部の巻線長さを短くすると巻線抵抗が低減して連続出力性能が高くなるので、図７（ａ）に示すように部分Ｅの巻線は矢印方向に引っ張られている。したがって、図７（ｂ）の部分Ｅの断面図に示すように、巻線６３は軸方向端部においては矢印方向（引っ張られている方向）の端に寄せられた状態で留められている。

したがって、巻線６３はステータコアへの密着が不十分となり、これにより巻線６３で発生した熱はステータコアへ十分に伝達されないので、巻線の熱が放熱されないという問題点が生じていた。

また、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の各相は順番に挿入されるので、最初に挿入された巻線は次の相を挿入するために図８（ａ）に示すようにステータコア外周側（矢印Ｆ方向）に寄せて成型される。

ここで、図８（ａ）のＧ−Ｇ断面を矢印Ｈ方向から見た図を図８（ｂ）に示す。この図８（ｂ）に示すように、ステータコアの軸方向端部では巻線同士が複雑に捩れている。したがって、巻線同士が密着しにくくなり、これにより巻線６３で発生した熱がステータコアへ十分に伝達されないので、巻線の熱が放熱されないという問題点が生じていた。

さらに、軸方向端部では巻線がスロットの奥に寄ったり、捩れたりして巻線の密度が高くなっているのに対して、軸方向中央部では図８（ｂ）に示すように巻線には捩れがなく密度が低くなっている。これにより、軸方向中央部では巻線の押し付けが不十分となり、巻線が密着しにくくなるという別の問題点もあった。

さらに、巻線密度の低い部分の押し付けを十分にするために、楔の高さ（軸方向の長さ）を大きくすると、軸方向端部に楔を圧入するときに摩擦力が過大になり、巻線表面の絶縁皮膜を損傷してしまうというさらにまた別の問題点も生じていた。

この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、巻線の配置や偏りに関係なく、巻線間及び巻線とステータとの間を密着させて熱の伝達効率を向上させ、これによって電動機の出力性能を向上させることのできる電動機のステータ構造及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本願発明の電動機のステータ構造は、略円環形状のバックヨークと、前記バックヨークから内周方向へ突出して形成された複数のティースと、前記ティース間に形成されるスロット内に挿入されて前記ティースに巻装される巻線とを備える電動機のステータ構造において、前記スロットの開口部近傍に挿入され、前記巻線を外周方向に向かって押圧する押圧部材を備え、前記押圧部材は膨張して前記巻線に密着するように形成されたことを特徴とする。

また、本願発明の電動機のステータ構造の製造方法は、略円環形状のバックヨークと、前記バックヨークから内周方向へ突出して形成された複数のティースと、前記ティース間に形成されるスロット内に挿入されて前記ティースに巻装される巻線とを備える電動機のステータ構造の製造方法において、前記巻線が前記スロットに挿入されると、挿入された前記スロットの開口部近傍に膨張可能な押圧部材を挿入し、前記押圧部材を膨張させて前記巻線と前記押圧部材とを密着させることを特徴とする。

本発明に係る電動機のステータ構造及びその製造方法では、巻線の配置や偏りに関係なく、巻線間及び巻線とステータとの間を密着させて熱の伝達効率を向上させ、これによって電動機の連続出力性能を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る電動機のステータ構造の一実施形態を示す断面図である。同図（ａ）に示すように、電動機は、中心に回転軸となるシャフト１が設けられ、その外側にこのシャフト１と連動して回転するロータ２が設けられている。そして、このロータ２には永久磁石が搭載されている。

さらに、ロータ２の外側にはステータ３が設けられており、このステータ３に搭載されている巻線（コイル）４に電流を流して、発生する回転磁界によってシャフト１が回転するようになっている。

ここで、図１（ａ）の部分Ａを拡大した図１（ｂ）に基づいて、ステータ３の構造について説明する。図１（ｂ）に示すように、ステータ３を構成するステータコア（ステータ鉄心）は、ティース５と、スロット６とが交互に形成された凸凹形状をなしている。

そして、スロット６には、絶縁紙７と巻線４とが挿入されており、さらに押圧部材としてのパイプ８が設けられている。

ここで、パイプ８は巻線４が挿入された後にスロット６に挿入されたもので、挿入後にパイプ８の内側に圧力がかけられ、これによりパイプ８は膨張して巻線４に密着するように形成される。このように、押圧部材としてパイプを用いたことによって、このパイプ８に内側から圧力をかけて膨張させることによって、押圧部材を容易に巻線に密着させるような形状にすることができる。

したがって、図１（ｃ）に示すように、軸方向端部で巻線４が捩れによって大きく張り出していて、軸方向中央部では巻線４の幅が細くなっているような形状になっていたとしても、パイプ８は巻線４に密着して形成させることができる。

これにより、上述した電動機のステータ構造では、巻線の配置や偏りに関係なく、巻線と巻線との間、巻線と絶縁紙との間及び絶縁紙とステータとの間を密着させて熱の伝達効率を向上させ、これによって電動機の連続出力性能を向上させることができる。さらに、上述したことの結果から、パイプ８の軸方向端部での断面積Ｓａは、軸方向中央部での断面積Ｓｂよりも小さくなっている。

このように、軸方向端部でのパイプ８の断面積を、軸方向中央部でのパイプ８の断面積よりも小さくすることによって、巻線の捩れなどによる配線の偏りがあったとしても巻線を密着させて熱の伝達効率を向上させることができる。

次に、パイプ８を冷媒の通路として利用する場合の一実施形態を図２に基づいて説明する。同図において、図２（ａ）の矢印Ｄ方向から見た場合の図を、図２（ｂ）に示す。この図２（ｂ）に示すように、パイプ８は上下がそれぞれ隣のスロットに設置されたパイプと接続されており、その中を冷却水が流されている。

このように、パイプに冷却水を流すような構成にしたことによって、温度が特に高くなるスロットの内側を直接冷却することができるようになる。

次に、本実施形態に係る電動機のステータ構造の製造方法について図３に基づいて説明する。図３は、電動機のステータ構造の製造方法を説明するためのフローチャートである。

まず、ステータコアのスロット６内に絶縁紙７を挿入し（Ｓ１）、次に巻線４を挿入する（Ｓ２）。そして、図４に示すように絶縁紙７を折り曲げて蓋をしたら、スロット６の開口部近傍にパイプ８を挿入する（Ｓ３）。

次に、パイプ８を挿入したら図５に示すようにスロット６の開口部を押さえ冶具９で蓋をしてパイプ８に液圧などによって圧力をかけ、巻線４に密着するまで膨張させて（Ｓ４）本実施形態に係る電動機のステータ構造を製造する。

このように、本実施形態に係る電動機のステータ構造では、巻線の配置や偏りに関係なく、巻線と巻線との間、巻線と絶縁紙との間、絶縁紙とステータとの間を密着させて熱の伝達効率を向上させ、これによって電動機の連続出力性能を向上させることができる。

さらに、スロットの軸方向端部の断面積がスロットの軸方向中央部の断面積よりも小さくなるようにしたことによって、巻線の捩れなどによる配線の偏りがあったとしても巻線を密着させて熱の伝達効率を向上させることができる。

また、押圧部材をパイプ状の構造にしたことによって、パイプを膨張させることで容易に押圧部材を巻線に密着するような形状にすることができ、これによって熱の伝達効率を向上させることができる。

さらに、パイプ状の構造にした押圧部材を冷媒の通路として利用することによって、温度が特に高くなるスロットの内側を直接冷却することができる。

また、本実施形態に係る電動機のステータ構造の製造方法では、巻線の配置や偏りに関係なく、巻線と巻線との間、巻線と絶縁紙との間、絶縁紙とステータとの間を密着させて熱の伝達効率を向上させることのできる電動機のステータ構造を容易に製造することができる。

また、押圧部材をパイプ状の構造にしたことによって、パイプを膨張させることで、押圧部材が巻線に密着している電動機のステータ構造を容易に製造することができる。

以上、本発明の電動機のステータ構造を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、上述した実施形態では、押圧部材としてパイプ８によって構成される例について説明したが、膨張して巻線４に密着するような構成のものであれば、他の構成のものを用いることも可能である。

電動機のステータ構造において、巻線に発生する熱を効率良く伝達させるための技術として極めて有用である。

本発明の実施形態に係る電動機のステータ構造の構成を示す断面図である。 パイプを冷却水の通路とする場合の一実施例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電動機のステータ構造の製造方法を示すフローチャートである。 パイプをスロットに挿入する場合の一実施例を示す図である。 パイプをスロット内で膨張させる場合の一実施例を示す図である。 従来の電動機のステータ構造の構成を示す断面図である。 従来の電動機のステータ構造におけるスロット内における巻線の位置を示す図である。 従来の電動機のステータ構造におけるスロット内における巻線の状態を示す図である。

符号の説明

１ シャフト
２ ロータ
３ ステータ
４、６３ 巻線
５、６１ ティース
６ スロット
７、６２ 絶縁紙
８ パイプ
９ 押さえ冶具
６４ 楔

Claims (6)

1. 略円環形状のバックヨークと、前記バックヨークから内周方向へ突出して形成された複数のティースと、前記ティース間に形成されるスロット内に挿入されて前記ティースに巻装される巻線とを備える電動機のステータ構造において、
   前記スロットの開口部近傍に挿入され、前記巻線を外周方向に向かって押圧する押圧部材を備え、
   前記押圧部材は膨張して前記巻線に密着するように形成されたことを特徴とする電動機のステータ構造。
2. 前記押圧部材は、前記スロットの軸方向端部の断面積が前記スロットの軸方向中央部の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電動機のステータ構造。
3. 前記押圧部材はパイプ状の構造であることを特徴とする請求項１または2のいずれかに記載の電動機のステータ構造。
4. 前記押圧部材は、冷媒の通路であることを特徴とする請求項３に記載の電動機のステータ構造。
5. 略円環形状のバックヨークと、前記バックヨークから内周方向へ突出して形成された複数のティースと、前記ティース間に形成されるスロット内に挿入されて前記ティースに巻装される巻線とを備える電動機のステータ構造の製造方法において、
   前記巻線が前記スロットに挿入されると、挿入された前記スロットの開口部近傍に膨張可能な押圧部材を挿入し、
   前記押圧部材を膨張させて前記巻線と前記押圧部材とを密着させることを特徴とする電動機のステータ構造の製造方法。
6. 前記押圧部材はパイプ状の構造であり、このパイプ状の構造の前記押圧部材に内側から圧力をかけて膨張させることによって前記巻線と前記押圧部材とを密着させることを特徴とする請求項５に記載の電動機のステータ構造の製造方法。

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